超声分散纳米颗粒团聚体的影响

纳米颗粒在高性能产品中应用广泛，但需精细稳定分散。制备高浓度母料虽有优势，但会导致复杂流变行为，增加工艺设计难度。超声分散器常用于配方阶段，本研究旨在探究颗粒浓度、连续相黏度和分散流变学对超声分散纳米颗粒团聚体的动力学和机制的影响。

选用亲水性二氧化硅（Aerosil® 220 V），连续相为水和不同浓度的甘油水溶液，设置不同粉末浓度进行实验。

先在搅拌容器中制备预分散液，再用超声分散器进行团聚体破碎实验，实验中安装小叶轮确保体系均匀性，定期取样测量粒径分布。

采用量热法测定超声分散器的功率输入，发现功率输入随液体黏度增加略有增加，但均低于制造商提供的近似值。

1 wt%的Aerosil® 220 V分散体呈牛顿流体行为，10 wt%和15 wt%的分散体表现出非牛顿流体行为，且连续相黏度越高越明显。预分散体的复杂流变行为随粉末浓度和连续相黏度增加而加剧，可能导致混合和分散过程中的分区现象，影响产品质量均一性。

从不同位置取样分析，发现15 wt% Aerosil® 220 V在10 mPa·s甘油溶液中的分散体是均匀的。 粒径分布演变表明，团聚体主要通过侵蚀方式破碎，最终达到的最小粒径为110 – 160 nm，大于初级粒子尺寸。增加颗粒浓度和连续相黏度会使团聚体破碎动力学减慢，这是由于待破碎团聚体数量增加和整体流速变慢。

团聚体的破碎机制不受分散流变学影响，主要通过侵蚀方式破碎，最小可达到的粒径由聚集体尺寸决定。分散流变学对团聚体破碎动力学影响显著，颗粒浓度和连续相黏度增加会减缓破碎过程。预分散体的复杂流变行为在处理大体积物料时可能更严重，因此工艺设计应确保分散均匀性，建议使用能将粉末加入高剪切区域的设备，并保证良好的整体循环。

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